Después de ver videos de YouTube de personas que sobreenfriaban agua en una botella y luego la activaban para que se congelara golpeándola, algo sobre este concepto solidificó para Matthew M. Szydagis, profesor asistente de física en la Universidad de Albany, Universidad Estatal de Nueva York, especialmente cuando lo volvió a ver durante la película de Disney "Frozen".
Durante la reunión de abril de la American Physical Society de 2019 en Denver, Szydagis describirá cómo esto lo inspiró a explorar si una partícula subatómica como la materia oscura puede desencadenar la congelación del agua sobreenfriada. Lea más en https://arxiv.org/abs/1807.09253.
"Todo mi trabajo está motivado por la búsqueda de materia oscura, una forma de materia que estamos seguros está ahí porque podemos observar sus efectos gravitacionales indirectos, ", Dijo Szydagis." Constituye una fracción significativa del universo, pero aún tenemos que descubrir directo, evidencia concluyente e inequívoca de ello dentro del laboratorio ".
Si el agua es lo suficientemente limpia, baja en impurezas, como partículas de polvo, y se coloca en un recipiente lo suficientemente suave, Szydagis explicó, se puede enfriar por debajo de su punto de congelación de 0 C (32 F) sin congelarse.
"Esto se llama 'sobreenfriamiento' y es similar a cómo el agua se puede sobrecalentar fácilmente en el microondas, esencialmente se calienta por encima de su punto de ebullición sin llegar a hervir. Es simplemente al revés ", dijo." El agua termina, en cualquiera de estos casos, en un estado conocido como 'metaestabilidad, "ni inestable ni del todo estable tampoco".
Una perturbación puede desencadenar la transición de fase, congelación y cristalización, en este caso. "Esto no es una congelación ordinaria, y forma nieve blanca en lugar de hielo claro, ", agregó." Enfriamos el agua líquida hasta una temperatura de -20 C (-4 F). en nuestro laboratorio sin que se congele. No es lo mismo que la depresión del punto de congelación, como cuando sales tu acera, porque el agua era pura y no estaba contaminada con impurezas a propósito ".
El grupo demostró que ciertas formas de partículas que golpean el agua pueden hacer que se congele microscópicamente (subatómicamente) si se sobreenfría primero. "Algunas partículas, como los neutrones, pueden incluso dispersarse varias veces en el agua, ", Dijo Szydagis." Pudimos demostrar esto no solo con fuentes de partículas disponibles comercialmente, pero también una placa Fiestaware 'rojo radiactivo' con pintura naranja a base de uranio de la década de 1950 ".
Crearon un nuevo detector basado en el agua sobreenfriada, denominada "cámara de bola de nieve" porque encaja bien con las cámaras de "burbujas" y "nubes", que son tecnologías de principios a mediados del siglo XX que utilizan ebullición y condensación.
El agua sobreenfriada ciertamente no es nueva; ha sido estudiado durante numerosas décadas por químicos y físicos de materia condensada, hasta -40 C (-40 F). Incluso hay publicaciones al respecto que datan de hace más de 100 años.
"Pero logramos descubrir una nueva propiedad del agua sobreenfriada, ", Dijo Szydagis." Para nuestra gran sorpresa, descubrimos que algunas partículas (neutrones) pero no otras (rayos gamma) provocan la congelación. Dado que se trata de una investigación básica que nunca se ha realizado antes, no había ninguna garantía de que funcionaría. Era un enfoque de "probemos y veamos":el método científico en su forma más básica. No solo tenemos un nuevo detector de partículas fundamentales, pero potencialmente de materia oscura porque se cree que los neutrones la emulan ".
El grupo prevé muchas otras posibles implicaciones para su descubrimiento, incluida la detección de armas nucleares en la carga para la seguridad nacional, comprender la formación de nubes, y proporcionar pistas sobre cómo hibernan ciertas especies de mamíferos, sobreenfriando su sangre de alguna manera.
